Homogene mengsels

Eigenschappen van homogene mengsels

Homogene mengsels (ook wel uniforme mengsels genoemd) worden gekenmerkt door het feit dat hun componenten niet kunnen worden herkend met het blote oog of met eenvoudige optische instrumenten, zoals een vergrootglas. De transformatie van individuele stoffen in homogene mengsels of het omgekeerde proces, namelijk de scheiding van een mengsel in zijn individuele componenten, vindt plaats door fysische processen die mengen en scheiden worden genoemd. Alle stoffen die een mengsel vormen, behouden hun oorspronkelijke eigenschappen. Ze worden gekenmerkt door het feit dat er geen chemische bindingen tussen zijn. De componenten van homogene mengsels kunnen echter verschillende fysieke toestanden hebben. Oplossingen zijn voorbeelden van dergelijke homogene mengsels. Hun belangrijkste component is het oplosmiddel waarin de andere componenten van het mengsel zijn opgelost (of gedispergeerd). In vloeibare oplossingen is het oplosmiddel in de vorm van een vloeistof, maar in gasvormige oplossingen is het oplosmiddel een gas en in metaallegeringen is het een vaste stof.

Methoden voor het scheiden van componenten van homogene mengsels

Homogene mengsels worden gevormd door hun componenten te combineren met behulp van fysische methoden. De keuze van een geschikte scheidingsmethode hangt in de eerste plaats af van de fysische toestand van de afzonderlijke componenten van het mengsel. Bij vermenging behouden de componenten van homogene mengsels hun oorspronkelijke eigenschappen. Ook dergelijke eigenschappen zijn van invloed op de methode van scheiding van het mengsel. Deze omvatten dichtheid, oplosbaarheid en het kookpunt. Hieronder zijn verschillende voorbeelden gegeven van werkwijzen voor het scheiden van homogene mengsels.

Distillatie

Destillatie is een effectieve methode om vloeibare componenten van homogene mengsels te scheiden. Destillatie vereist relatief lage kookpunten van individuele componenten en hun thermische stabiliteit (om afbraak bij hoge temperaturen te voorkomen). Om de afzonderlijke stoffen te destilleren, moet het mengsel geleidelijk worden verwarmd in een destillatiekolf die is aangesloten op een condensor. Wanneer de temperatuur geleidelijk wordt verhoogd, beginnen de volgende componenten van het homogene mengsel te koken (in een volgorde die afhangt van hun kookpunt). Ze gaan van een vloeibare toestand naar een damptoestand, die naar een condensor wordt geleid. Het daarin stromende koelwater (in tegenstroom) koelt de dampen af en condenseert ze. Op deze manier worden alle componenten van het mengsel gedestilleerd.

Kristallisatie

Het proces van kristallisatie is het tegenovergestelde van destillatie. Het wordt gebruikt om de componenten van homogene mengsels neer te slaan in kristallen, door gecontroleerde verdamping van het oplosmiddel. In de eerste stap van het kristallisatieproces moet zoveel mogelijk oplosmiddel worden verdampt om een verzadigde oplossing te verkrijgen. Vervolgens wordt de oplossing gekoeld. Naarmate de temperatuur wordt verlaagd, raakt deze oververzadigd en beginnen langzaam kristallen van de oorspronkelijke substantie opgelost in de oplossing te groeien. Onder strikt gedefinieerde en gecontroleerde omstandigheden resulteert het kristallisatieproces in het verkrijgen van kristallen met een grote afmeting, de gewenste vorm en een hoge zuiverheid (zelfs meer dan 99%).

adsorptie

De scheiding van homogene mengsels (gasvormig of vloeibaar) kan ook worden bereikt door adsorptie. Het proces maakt gebruik van het vermogen van bepaalde stoffen om andere componenten (bijvoorbeeld de bestanddelen van het mengsel) te absorberen. Zo’n "absorber" wordt een adsorbens genoemd. Het bindt moleculen van het adsorbaat (de opgeloste stof die wordt geadsorbeerd) op het oppervlak als gevolg van interacties van fysische (fysieke adsorptie) of chemische (chemische adsorptie of chemisorptie) aard. Vaste stoffen met een sterk ontwikkeld specifiek oppervlak worden meestal gebruikt als adsorbentia (wat de scheidingsefficiëntie verhoogt). Hiervoor wordt vaak actieve kool gebruikt.

Papier chromatografie

Het is een chromatografische techniek die effectief kan worden gebruikt om de componenten van een homogeen mengsel te scheiden. Het maakt het bijvoorbeeld mogelijk om de componenten van inkt in markers te scheiden. Om dit te doen, moet het mengsel op de bodem van een speciaal chromatografiepapier (startlijn) worden aangebracht. Vervolgens wordt het substraat met het aangebrachte mengsel in kamers geplaatst die onderaan zijn gevuld met een oplosmiddel (eluens genoemd). Dankzij capillaire krachten stijgt het eluens langs het vloeipapier en neemt het mengsel mee. De specifieke componenten reageren op een andere manier op zowel het substraat als het oplosmiddel, wat uiteindelijk tot scheiding zal leiden.

Homogene mengsels: voorbeelden

Benzine is een bekend voorbeeld van een vloeibaar homogeen mengsel. Het bestaat uit koolwaterstoffen waarvan de moleculen 5 tot 12 koolstofatomen bevatten. Dit zijn voornamelijk alkanen , dus verzadigde verbindingen. Benzine bevat ook onverzadigde alifatische verbindingen – ze hebben dubbele of driedubbele bindingen tussen de koolstofatomen – en cyclische verbindingen. Een homogeen mengsel dat essentieel is voor het menselijk leven is lucht. Schone, onvervuilde lucht is een combinatie van verschillende elementen en chemische verbindingen. De basiscomponenten zijn stikstof, zuurstof en edelgassen . De overige componenten van dit gasvormige mengsel variëren in inhoud afhankelijk van een aantal factoren. Deze omvatten koolstof(IV)monoxide, ozon, zwavel- en stikstofoxiden, waterdamp, waterstof en methaan. Chemische oplossingen van zout in een oplosmiddel zijn ook homogene mengsels. Een voorbeeld van zo’n mengsel is pekel. Het wordt gevormd als resultaat van een fysisch proces van het oplossen van natriumchloride (keukenzout) in water. Pekel wordt bijvoorbeeld veel gebruikt in de voedingsmiddelenindustrie. De hoeveelheden van elke component (NaCl en H ₂ O) kunnen worden gespecificeerd door hun concentratie in de oplossing aan te geven.